第五章第五章 采场顶板支护方法采场顶板支护方法第一节第一节 顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征第二节第二节 采场支架类型与支架力学特征采场支架类型与支架力学特征第三节第三节 采场支架与围岩相互作用原理采场支架与围岩相互作用原理第四节第四节 采场支护设计采场支护设计第五节第五节 采场来压预报与支护质量监测采场来压预报与支护质量监测采场顶板支护方法最新课件第一节第一节 顶板分类与底板特征顶板分类与底板特征一、采场矿山压力控制的概念一、采场矿山压力控制的概念为了保证回采工作面的正常生产和人员安全，必须对工作面矿山压力加以控制。采空区处理采场矿山压力控制工作面支护采场顶板支护方法最新课件 对于全部冒落法处理采空区： “ 煤壁支架采空区已冒落的矸石 ”构成对采场上覆岩层的支撑体系。一定的条件下，上述支撑体系的支撑性能将主要取决于支架的支撑特性，即主要取决于支架的支撑力与支架可缩量的关系特征。而采场支架并不是孤立存在的，而是处在一个由围岩组成的系统中：“老顶直接顶支架底板”。采场顶板支护方法最新课件由于采场支撑体系（小结构）必须与开采后形成的上覆岩层大结构相适应，采场支架必须具备下列两个特性：必须具备一定的可缩量；必须具备一定的支撑性能,即一定的支撑阻力。 采场围岩：直接顶、老顶、直接底岩层。这三者对矿压显现及支护方式的选择有着显著的影响。因而需对三者加以分类。采场顶板支护方法最新课件 直接顶是支架直接维护的对象，支架通过它对老顶进行控制。直接顶的完整程度直接影响工作面安全和支护方式的选择。影响直接顶完整性的两个因素：岩层的力学性质：抗拉、抗压强度，弹模等岩层内节理裂隙的发育情况：原生裂隙、构造裂隙、压裂裂隙。二、对直接顶的分类二、对直接顶的分类采场顶板支护方法最新课件德国学者雅可毕根据裂隙面与工作面顶板岩层层面的位置关系，将裂隙分为图51所示的5类。图51 直接顶各类裂隙图采场顶板支护方法最新课件一旦直接顶冒空将导致支架顶梁接顶情况恶化，导致支架不能防止老顶岩块的失稳，从而造成工作面顶板事故和一系列问题。支架为了对直接顶进行支护,应保证支架能支撑住全部直接顶重量,同时能护住破碎的直接顶。即所谓的“支护”采场顶板支护方法最新课件直接顶的分类：直接顶的分类：以直接顶的初次垮落步距L0作为分类指标，分为4类。1类 L08m 不稳定顶板2类9mL018m中等稳定顶板3类19mL028m 稳定顶板4类28m 30% 不稳定顶板2类 11% E 30%中等稳定顶板3类 E 35, 来压不明显II.级 0.3N35, L=25 50m 来压明显III.级 0.3 50m 来压强烈 N0.3 , L=25 50m IV.级 N0.3 , L 50m 来压极强烈采场顶板支护方法最新课件 Pe=241.3ln(L0)-15.5N+52.6m式中， Pe,老顶初次来压当量； L0，老顶初次来压步距； N=h/m，直接顶厚度与采高之比。按老顶初次来压当量将老顶分为如表5-2的4级。采场顶板支护方法最新课件四、底板特征与分类四、底板特征与分类采场支护系统的刚度是由“底板支架顶板”所组成，因此底板岩层的刚度将直接影响到支架性能的发挥。图544 支架与围岩体系刚度模型采场顶板支护方法最新课件若底板太软（刚度太小），支架会钻底，从而影响对顶板的控制。底板比压：支架底座对单位面积底板上所 造成的压力。极限底板比压：支架钻底时所允许的最大底板 比压。支柱钻底的破坏形式有以下三种：整体剪切整体剪切局部剪切局部剪切其它剪切其它剪切采场顶板支护方法最新课件按极限底板比压将底板分为5类：采场顶板支护方法最新课件第二节第二节 采场支架类型与支架力学特性采场支架类型与支架力学特性根据支柱与顶梁的配合关系，将采场支架分为两大类。一、几个概念一、几个概念单体支柱：支柱与顶梁是分开的。液压支架：顶梁、支柱、底座联合为一个整体。木支柱金属摩擦支柱液压支柱采场顶板支护方法最新课件图57 支柱的几种典型特性曲线P0 初撑力P0 始动阻力P1 初工作阻力P2 额定工作阻力或最大工作阻力工作阻力急增阻式微增阻式恒阻式增阻特性采场顶板支护方法最新课件二、单体液压支柱的结构与特性二、单体液压支柱的结构与特性内注式外注式按注液方式分为单体支架的优点：轻便、价格便宜，适用性强缺点：支设、回柱劳动强度大，稳 定性差；支回柱跟不上采煤.采场顶板支护方法最新课件采场顶板支护方法最新课件三、液压支架的分类三、液压支架的分类从支架结构及其支撑特点出发，我国将液压支架分为三类：1.支撑式：结构上没有掩护梁采场顶板支护方法最新课件2、掩护式：结构上有掩护梁，支柱在掩护梁上采场顶板支护方法最新课件2、支撑掩护式：结构上有掩护梁，支柱在顶梁上，有时在顶梁和掩护梁上都有支柱。采场顶板支护方法最新课件四、液压支架支护方式分析四、液压支架支护方式分析（一）支撑式液压支架支护方式分析采场顶板支护方法最新课件图图513 垛式支架垛式支架 支撑力分布状态支撑力分布状态图图514 在比较破碎的顶在比较破碎的顶 板条件下使用垛式支架板条件下使用垛式支架支撑式支架顶梁后端支撑力大于前端，支撑力合力远离前梁端部。因此，支撑式支架适应直接顶较完整的条件，若周期来压又较强烈则更适应。但由于支架结构不能抗水平推力，当顶板特别坚硬时破断形成的强大的水平推力又会损坏支撑式支架。不适用于破碎顶板条件。采场顶板支护方法最新课件（二）掩护式液压支架支护方式分析单铰式双铰式（四连式）按掩护梁与底座间联结方式分为：适用于直接顶破碎，来压不明显的条件。不适用于直接顶坚硬而老顶周期来压强烈的条件。采场顶板支护方法最新课件（三）支撑掩护式液压支架支护方式分析为了使液压支架同时兼有支撑式与掩护式支架的有点，设计了支撑掩护式支架，它是支撑与掩护式两种架型的组合。我国目前综采面液压支架架型90以上为支撑掩护式。综采面割煤、移架、推移输送机三个主要工序按不同顺序有两种配合方式：及时支护方式滞后支护方式采场顶板支护方法最新课件五、单体支架支护方式分析五、单体支架支护方式分析单体支架从支上到回柱，经历了回采面顶板下沉的全过程。支柱的布置方式有以下几种：1.带帽点柱支护 无顶梁直接顶比较完整时使用。但目前已少用。 图535 带帽点柱的布置方式采场顶板支护方法最新课件2.单体柱铰接顶梁布置图539 机组工作面的悬臂支护图538 HDJA型金属顶梁正悬式倒悬式 铰接顶梁与支柱位置正悬臂： 机道可以支护，安全好，采空区侧不易损折。倒悬臂： 回柱时不易被矸石埋住，回柱较安全，但机道无支护。单体面特种支架：木垛、抬棚、丛柱采场顶板支护方法最新课件第三节第三节 采场支架与围岩相互作用原理采场支架与围岩相互作用原理一、回采面支架与围岩的相互作用一、回采面支架与围岩的相互作用煤层开采后，上覆岩层形成的“大结构”是由“煤壁支架采空区已冒落矸石”支撑体系所支撑。在煤壁和采空区冒落矸石条件一定时，支架的支撑性能将对支架受力及对“大结构”的控制效果起重要作用。而采场支架并不是孤立存在的，而是处在一个由围岩组成的系统中：“老顶直接顶支架底板”。采场顶板支护方法最新课件图544 支架与围岩体系刚度模型支架与围岩体系刚度模型支架的性能和结构对支架受力和围岩运动是怎样影响的呢？以及在各种围岩条件下支架呈现什么反映呢？这就是支架与围岩关系研究的内容.不同种类的支架对围岩的支护效果不一样，相同的支架在不同的围岩条件下，其受力状态和对围岩的支护效果也不同。 采场顶板支护方法最新课件（一）支架围岩相互作用的特点：1.支架围岩是相互作用的一对力。2.支架受力大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关。还与支架与围岩支撑系统的总体特性有关。3.支架结构及尺寸不同对顶板压力影响和维护效果不同。采场顶板支护方法最新课件支架的工作阻力P与顶板最大下沉量L之间存在一定的规律,即PL近似呈双曲线关系。（二）支架PL关系曲线可以看出，支架围岩关系具有一定的复杂性，但也具有一定的普遍规律。在长期实践中发现：采场顶板支护方法最新课件从PL曲线可以得出一下结论：1.不同的顶板条件，PL曲线的斜率不同，但都呈双曲线关系。2.在一定工作阻力以上，支架工作阻力增加对顶板下沉量影响较小，但低于此值则提高支架工作阻力将减少顶板下沉量。3.支架的工作阻力并不能改变上覆岩层“大结构”的总体活动规律。4.回采工作面支架应具备以下两个基本特性：一是必须具备一定的可缩量；二是必须具备有良好的支撑性能，即一定的工作阻力。因而在支架选型与支护设计中，最主要是确定支架的最大可缩量与最大工作阻力。采场顶板支护方法最新课件二、支架围岩支护系统的力学分析二、支架围岩支护系统的力学分析系统中各部分可近似看成变刚度的弹簧，各弹簧成串联结构，各自受力相等，总变形按各自刚度进行分配。该系统受力与变形的协调方程为：图544 支架与围岩体支架与围岩体系刚度模型系刚度模型 K 系统的组合刚度系统的组合刚度S系统总变形量系统总变形量P系统阻力增量系统阻力增量 P0 系统初撑力系统初撑力采场顶板支护方法最新课件可见：（1）在顶板下沉量S一定时，K越大，支架的载荷越大。（2）K小于Kr,Ks,Kf，为了提高系统刚度，必须同时提高Kr,Ks,Kf 。相同支柱，由于Kr,Kf不同，且受力大小也不同。（3）支架变形量在系统总体变形中所占比重，取决于顶底板刚度与支架刚度的相对大小，支架刚度相对越小，则支架的变形量越大。采场顶板支护方法最新课件第四节第四节 采场支护设计采场支护设计确定支架类型:一、支架规格的选定一、支架规格的选定单体支架液压支架支撑式掩护式支撑掩护式确定架型后主要是选定支架高度和可缩量。1.单体支架规格选定的方法及步骤:首先确定煤层的最大采高Mmax及最小采高Mmin确定顶板在最大控顶距处的平均最大下沉量SL,支架最大可缩量必须大于此值。采场顶板支护方法最新课件SLMLSL 工作面顶板下沉量； 下沉系数，一般为0.0250.05； M 煤层采高； L 控顶距。顶板最大下沉量可用下式估算：求支柱最大高度HmaxHmax=Mmaxb b顶梁厚度；求支柱的最小高度HminHminMminSLbaa支柱回柱放顶时必要的卸载高度,一般取50mm采场顶板支护方法最新课件根据顶板最大下沉量SL,确定支架的型号,根据Hmax及Hmin确定支柱规格。2.液压支架规格的选定方法确定最大采高Mmax，最小采高Mmin；确定支架在最大采高时前柱的顶板下沉量S1；确定在最小采高时，后柱顶板最大下沉量S2；确定支架最大、最小高度Hmax=MmaxS1 HminMminS2aa支架卸载高度,一般取50mm采场顶板支护方法最新课件对支架围岩支架系统而言：PP0KSP支架工作阻力P0初撑力可见，提高P0有利预先压实顶底板，提高系统刚度，提高工作阻力P，降低顶板下沉量S.因此，要保证支架对顶板的有效支护，要有一合适的初撑力。工作面合理工作阻力的确定应包括P0，与最大工作阻力的确定。下面分别加以介绍。二、支架合理工作阻力二、支架合理工作阻力采场顶板支护方法最新课件1.初撑力合理值确定支架设计的初撑力一般为支架额定工作阻力的80左右。采场支架的初撑力应能平衡冒落带直接顶岩层重量。对单体支架工作面：即：P0hr/nh直接顶厚度n支护密度n1/aba排距;为采煤进度或采煤机截深的整数倍.如截深为0.5或1m,a1m;截深为0.8m,a=0.8m;截深为0.6m，a1.2m。b柱距，一般0.5mb1m采场顶板支护方法最新课件图539 机组工作面的悬臂支护图540 齐梁式支护采场顶板支护方法最新课件当煤层为倾斜煤层时（倾角为），则支架初撑力不仅应能平衡冒落带直接顶重量，还应能防止顶板沿倾向滑动失稳，此时初撑力P0满足：P0hr（cos+sin/f）/n f顶板岩层间摩擦系数，一般取0.3为保证工作面支架初撑力达到设计值，必须保证：使用的乳化液泵出口压力满足要求;支护系统的刚度要满足要求,底软钻底需穿鞋;操作质量必须保证。采场顶板支护方法最新课件2.最大工作阻力的确定(1)以采高的倍数进行估算 PH=(48)mr/nm，煤层采高；r，岩层容重；n，支护密度(2)现场测定 PH=Pt+2 tPt实测支架工作阻力平均值t 实测支架工作阻力均方差 Pt受支架架型和初撑力大小影响。采场顶板支护方法最新课件第五节第五节 采场来压预测与支护质量监测采场来压预测与支护质量监测一、老顶来压的预测预报一、老顶来压的预测预报（1）根据老顶破断距的理论计算值来预测；（2）根据老顶破断引起的“反弹”与“压缩”,在工作面顺槽采用测压的方法来进行预测来压.图552 老顶来压预报道测站布置采场顶板支护方法最新课件图553 老顶初次断裂信息与来压的关系采场顶板支护方法最新课件采采场场顶顶板板安安全全无无事事故故科科学学的的支支护护质质量量监监测测+合合理理的的顶顶板板控控制制设设计计二、采场顶板支护质量监测采场顶板支护方法最新课件以支柱初撑力为主要监控指标，树立以支柱初撑力为主要监控指标，树立“初撑力第一初撑力第一”的观念。的观念。以实现以实现“装面、初放、正常回采、收装面、初放、正常回采、收作作”回采四阶段的全过程监控。回采四阶段的全过程监控。将将“监控监控”作为回采工艺的一道重要作为回采工艺的一道重要工序来安排。工序来安排。 总体思路总体思路 顶板支护质量监测方法顶板支护质量监测方法采场顶板支护方法最新课件支支护护质质量量监监测测日日报报表表采场顶板支护方法最新课件